合成氨

合成氨（精选12篇）

合成氨 篇1

摘要：研究了化工过程的操作指导系统, 该系统由工艺流程DCS仿真系统、专家知识库、专家指导意见表述及用户界面等几部分组成, 采用人工智能语言CLIPS和Visual C++相结合的程序设计方法构建, 专家系统与仿真系统间采用TCP/IP协议进行通信。以流程工业中易发生事故和操作复杂的合成氨合成工段为例, 设计并实现了合成氨操作指导专家系统。通过监测操作人员对合成氨DCS仿真系统的操作, 该系统能够对违规操作及时提出指导建议。

关键词：合成氨操作指导系统,专家系统,CLIPS+Visual C++,TCP/IP

化工工艺具有高温、高压、易燃和易爆的特点[1], 对实时性控制要求极高, 工艺流程的状态参数 (如温度、压力、流量) 一旦偏离规定的基准状态, 就会发生问题或出现危险[2]。而人在紧急的情况下, 由于知识不足、缺乏经验等原因, 做出错误判断的可能性很大。从历史经验教训中可以了解到, 很多事故都与操作者的错误决策有关[3]。如果为违规操作及时提供指导建议, 就可大大减少财产损失和人员伤亡。针对化工操作指导方面, 黄席樾等基于特征模型求解的操作指导专家系统, 针对专家系统的特点, 利用了过程特征量描述化工过程工况参数的变化, 提出了一种基于特征模型的求解策略, 满足了实时操作指导的需要[4]。杨淑莹和郭翠梨采用神经网络模型对分馏塔的产品进行了在线预测, 采用CLIPS和Visual C++语言混合编程, 开发了基于网络环境下的实时在线的操作指导专家系统[5]。田文德等研究了基于专家系统的石化装置开停车指导系统, 由操作规程确定规则和变量, 构建专家系统[6], 帮助操作人员分析石化设备内部状况, 起到了很好的辅助指导作用。因此, 研究基于专家系统的化工过程操作指导系统, 对促进化学工业的安全生产是十分必要的。

氨是重要的基础化工产品[7], 已有许多学者对合成氨过程模拟与优化进行了大量研究, 但这些方法通常基于简化模型或机理模型, 离安全分析的实际应用尚有差距, 目前无法满足生产过程的实时性要求[8,9]。针对影响合成氨生产过程的因素变化, 如何迅速给出相应的最佳操作方案, 及时指导操作人员实施操作也是一个迫切需要解决的问题。专家指导系统应用于合成氨中, 可为操作人员在操作中的任一时刻提供指导和解释。黄道等针对合成氨中如何使开、停车造成的损失减少到最小的问题, 研制了合成氨生产保护和故障诊断专家系统[10]。李华生和袁一以年产30万t合成氨厂的低压流程为背景开发具有故障预测、诊断和补偿功能的专家系统, 将故障预测专家系统与故障诊断专家系统集成, 建立功能切换器, 实现了多功能的专家系统[11]。笔者提出了基于专家系统的合成氨合成工段操作指导系统, 它可以用于诊断并纠正操作人员在某一特定领域的行为, 并可为操作人员在操作中的任一时刻提供指导和解释。

1 合成氨生产流程概述

笔者研究的合成氨主要由氨合成循环回路和氨冷冻循环回路构成, 主要设备有氨合成塔、水冷/氨冷设备、合成气压缩机、氨压缩机、氨收集器、氨分离器及氨缓冲槽等。系统流程如图1所示。

合成气进入合成气压缩机, 先经合成气压缩机加压, 压缩气体经冷却后与冷交换器来的循环气汇合, 混合气最终升压后出合成气压缩机。压缩后合成气经热交换器预热后进氨合成塔进行氨合成反应。出氨合成塔的反应气进入热交换器, 预热合成气压缩机出来的气体。再经水冷器和氨冷器冷却至合适温度, 然后进入氨分离器分离冷凝的液氨。氨分离器分离出的液氨进入氨闪蒸槽, 通过减压闪蒸出溶解的气体, 闪蒸后的液氨送往冷冻工序, 闪蒸出来的气体送往合成气压缩机入口返回合成系统。

2 合成氨操作指导系统

2.1 总体结构

系统软件整体结构如图2所示, 该系统可分为生产数据采集、合成氨专家知识库及专家指导意见表述等几个部分。首先要运行合成氨DCS仿真系统;其次加载CLIPS程序以及编写好的合成氨操作指导规则;然后通过TCP/IP协议编程实现该软件从DCS仿真系统中采集数据;最后系统会通过阈值判断来触发规则, 从而显示给操作人员指导建议。

2.2 专家系统规则的建立

该专家系统的主要功能是实现对合成氨工况参数和设备开启顺序的监视, 判断它们是否超限和被违规操作。通过对合成氨系统中引起工况参数变化的变量进行分析, 然后以这些变量为基准建立相应的规则。一条规则是一条“if (某条件成立) then (某结论成立) ”语句的投影, 合成氨操作指导中的主要变量和规则见表1、2。

2.3 数据的采集和CLIPS的嵌入

根据TCP/IP协议, 编写系统接口程序代码, 当用户单击“获取仪表的显示值”按钮时, 对应仪表位号就能显示DCS仿真系统数据, 实现了数据的实时采集。并且根据获得的数据自动修改事实, 触发相应的规则, 给操作人员提供指导建议。利用DLL (动态链接库) 嵌入式的混合编程方法实现了CLIPS和VC++的嵌入[12]。动态链接库文件clips.dll封装了CLIPS的核心命令如:Reset、Load及Run等。把CLIPS嵌入到VC++中的步骤如下:首先对CLIPS初始化, m_pClips->CLIPSInit () ;初始化成功后载入规则, m_pClips->CLIPSLoad () ;调用reset命令, m_pClips->CLIPSReset () ;运行CLIPS, m_pClips->CLIPSRun () ;插入事实, m_pClips->CLIPSAssert () ;若能触发规则, CLIPS就能反馈给用户指导信息。

3 实例

基于专家系统开发了合成氨操作指导系统, 在该操作系统信息的提示下可以完成合成氨的操作指导。图3是合成氨操作指导专家系统的界面。第一步, 点击“加载CLIPS系统”按钮和“加载合成氨.CLP”按钮;第二步, 启动合成氨DCS仿真系统;第三步, 单击“Connect.SVR”按钮和“获取该表的显示值”按钮。此时该系统界面上的仪表位号就会显示对应合成氨DCS仿真系统中仪表中的数值, 提示现在冷激阀、充氨阀和截止阀处于关闭状态, 并指导操作人员打开阀“MV04501A/B/C”以启动水冷。

图4是某用户在系统指导下的操作界面。首先用户根据界面上的指导建议, 先启动水冷再打开充氨阀。充氨阀打开后关注氨收集器的液位变化, 当液位过高时系统会发出警告, 这时将氨收集器的液氨引入氨冷器以启动氨冷系统, 然后打开截止阀并启动氨压缩机。水冷、氨冷和氨压缩机启动后, 关闭充氨阀停止充氨, 接着系统会指导用户开启合成气压缩机。按照这样的指导建议, 用户可以完成合成氨的开车。

图5是违规操作氨压缩机的界面, 某操作工人在水冷还没有开启时对合成氨压缩机进行违规操作, 氨压缩机K04601仪表位号的值由0变成了1, 说明氨压缩机已开启, 接着触发规则表中的Rule5、Rule7和Rule8, 给操作人员指导建议:水冷、氨冷和截止阀没有开启, 不能启动氨压缩机。这样用户就会先启动水冷、氨冷和打开截止阀再开氨压缩机。

4 结束语

在Visual Stdio 2005的可视化编程环境下设计了一个基于规则推理的合成氨合成的操作指导专家系统。此系统软件设计简单方便, 有效地实现了合成氨开停车指导。通过实例测试表明, 该软件能够正确推理出错误操作的原因并给出相应的处理措施, 达到了安全生产和实时指导操作的目的。但是该系统软件只能从定性方面对合成氨进行操作指导, 在量化方面的指导将是以后研究的方向。

参考文献

[1]胡明刚, 田文德, 李新.基于灰色时序模型的蒸馏装置腐蚀预测[J].化工自动化及仪表, 2011, 38 (4) :396～399.

[2]杜廷召, 田文德, 任伟.危险与可操作性分析研究[J].现代化工, 2010, 30 (7) :90～93.

[3]田文德, 张军.化工安全分析中的过程故障诊断[M].北京:冶金工业出版社, 2008.

[4]黄席樾, 柴毅, 邓仁明, 等.基于特征模型求解的操作指导专家系统[J].重庆大学学报 (自然科学版) , 1996, 19 (2) :61～66.

[5]杨淑莹, 郭翠梨.CLIPS专家系统与神经网络在FC-CU分馏塔装置中的应用[J].计算机与工程应用, 2005, 41 (3) :222～225.

[6]田文德, 任伟, 王春利, 等.基于专家系统的石化装置开停车指导系统研究[J].计算机应用研究, 2011, 28 (z) :541～542.

[7]杨善升, 陆文聪, 顾天鸿, 等.基于数据挖掘的合成氨过程优化和监测系统应用研究[J].化工自动化及仪表, 2010, 37 (7) :76～78.

[8]朱继承, 王弘轼, 房鼎业.升压氨合成与等压氨合成回路流程的模拟、优化与比较[J].高校化学工程学报, 2000, 14 (3) :270～276.

[9]Lisal M, Bendova M, Smith W R.Monte Carlo Adiabat-ic Simulation of Equilibrium Reacting Systems:the Ammonia Synthesis Reaction[J].Fluid Phase Equilib-ria, 2005, 235:50～57.

[10]黄道, 朱军, 王春生.大型合成氨厂生产保护和故障诊断专家系统研究[J].控制理论与应用, 1995, 12 (9) :255～259.

[11]李华生, 袁一.化工过程故障预测、诊断和补偿专家系统FEDCS的开发[J].北京化工大学学报 (自然科学版) , 1995, 22 (1) :6～11.

[12]任伟.基于PCA的混合化工过程故障诊断系统研究[D].青岛:青岛科技大学, 2011.

合成氨 篇2

王俊丽

一、氨合成（一）氨合成概述

成氨工业诞生于本世纪初，其规模不断向大型化方向发展，目前大型氨厂的产量占世界合成氨总产量的80%以上。氨是重要的无机化工产品之一，在国民经济中占有重要地位。除液氨可直接作为肥料外，农业上使用的氮肥，例如尿素、硝酸铵、磷酸铵、氯化铵以及各种含氮复合肥，都是以氨为原料的。合成氨是大宗化工产品之一，世界每年合成氨产量已达到1亿吨以上，其中约有80%的氨用来生产化学肥料，20%作为其它化工产品的原料。

德国化学家哈伯1909年提出了工业氨合成方法，即“循环法”，这是目前工业普遍采用的直接合成法。反应过程中为解决氢气和氮气合成转化率低的问题，将氨产品从合成反应后的气体中分离出来，未反应气和新鲜氢氮气混合重新参与合成反应。

合成氨反应式如下：N2+3H2≈2NH

3目前中国主要是以煤为主，油气并存的局面，晋开公司就是采用晋城的煤来合成氨，其基本流程图如下：无烟煤、蒸汽、空气→造气→脱硫→变换→脱二氧化碳→压缩→合成氨

（二）原料气的制备

现在我国主要采用三种工艺进行制气：固定床、流化床和气流床。晋开公司使用的是间歇固定床式工艺法来制造原料气。固体燃料油加料机从煤气发生炉顶部间歇加入炉内。吹风时，空气经鼓风机加压自上而下经过煤气发生炉，出风气经过燃料室及废热锅炉回收热量后放空。蒸汽上吹制气时，煤气经过燃料室及废热锅炉回收余热后，再经洗气箱及洗涤塔进入气柜。二次上吹时，气体流向和上吹相同。空气吹净时，气体经燃料室、废热锅炉、洗气箱和洗涤塔进入气柜。此法发生的化学反应为C + O2 →

CO2

C + H2O →

CO + H2

（三）脱硫工段

1、工艺流程

从造气系统来的半水煤气进入气柜，从气柜出口水封进入除尘塔降温除尘，然后送入罗茨风机。从罗茨风机出来的半水煤气经脱硫前冷却塔降温后进入脱硫塔，与脱硫喷淋而下的脱硫溶液逆向接触，除去半水煤气的硫化氢。脱除了硫化氢的半水煤气进入清洗塔，进行清洗、降温后分别进入三个并联的静电除焦塔，除焦除尘后煤气汇入煤气总管，送往压缩机，经压缩机加压后，从压缩机三段出口进入变换。吸收硫化氢后的栲胶溶液经塔底自调阀调节，保持一定液位，靠塔内压力和位差进入再生泵，由再生泵加压后打入再生槽，完成脱硫溶液的再生和析硫过程，再生后的贫液通过再生槽的液位调节器进入循环槽，经脱硫泵打入脱硫塔循环使用。

2、栲胶脱硫

这种方法用栲胶溶液在脱硫塔内与半水煤气逆流接触脱除气体中的硫化氢，吸收硫化氢后的富液经再生泵送往喷射再生槽，再生槽自吸空气喷射再生。

3、反应原理

主要反应：

Na2CO3 + H2S = NaHS + NaHCO3

2NaHS + 4NaVO3 +H2O =4NaOH +2S +Na2V4O9

（四）变换工段

1、变换工段的基本原理

压缩三段送来的半水煤气，在一定温度下CO和水蒸气在催化剂的作用下，发生变换反应生成二氧化碳和氢气，使一氧化碳满足生产要求后送往后序工序

2、变换工段工艺流程

来自压缩三段的半水煤气经丝网除油器分离油水后，经净化炉进一步除油，出油后的半水煤气进入潜热交换器的壳程与管程的变换气换热，温度升高后，此时向半水煤气中添加蒸汽，调节合适的汽气比后进入后换热器的管程与壳程的变换器换热，适当调节冷煤气复线阀的开度，使进变换炉气体温度符合要求后进入变换炉的一段，经过变换炉的一段上部抗毒剂除去对触媒有害的成分，然后进入下部的触媒进行反应，经过一段反应温度升高后，进入后换热器的壳程换热后温度下降，接着进入增湿器的一段，利用喷水气化法对一段进一步降温增加水蒸气含量后进入变换器二段，经过二段抗毒剂及触媒层反应后，进入二段增湿器，经过降温增加水蒸气含量后，进入变换炉三段进一步反应，使一氧化碳满足要求后，离开变换炉。完成一氧化碳变换反应后的变换气经过前热交换的管程后进入软水交换器，与软水换热后，用循环水进一步降温，然后经变换器分离器降冷却下来的蒸汽分离出来后，变换气离开变换系统进入下个工序。

3、反应原理

CO + H2O → CO2 +H2

（五）变压吸附脱碳

1、基本原理

利用固体吸附剂吸收变换气中的硫化氢、二氧化碳，完成变换气的初步净化，使净化气中的二氧化碳含量在百分之0.4-1.3之间。吸收二氧化碳、硫化氢的固体吸附剂经过水环真空泵得到解吸再生。

本装置采用的是变压吸附技术来脱除和提纯二氧化碳。变压吸附是以吸附剂内部表面对气体分子的物理吸附为基础，利用吸附剂在相同压力下易吸附高沸点成分，不易吸附低沸点成分；高压下被吸附组分吸附总量增加而低压下被吸附组分总量减少的特点来实现分离。

2、工艺流程

原料气在压力1.5-1.8mpa下进入系统，经流量计计量后进入20台吸附器I及一组程控阀组成的变压吸附PSA-I系统。由吸附塔入口通入原料气，在出口获得8%-14%的半产品气。半产品气进入半产品气缓冲罐稳压后，进入20台吸附器II及一组程控阀组成的PSA-II系统，然后送出界外。PSA-II系统逆放初期解吸气经过一程控阀进入一系统

进入升压缓冲罐稳压后，通过程控阀进入一系统进行与升压；逆放后期通过程控阀就地高空排放。一系统采用20-7-10/V工艺，7塔同时进料，10次均压、逆放、抽真空解吸流程。原料气进入7台正在处于吸附状态的吸附器中，大部分CO2被吸附，其余大部分组分通过吸附剂，在吸附器顶部得到半产品气。其余13台吸附器分别进行其他步骤的操作。20台吸附器依次循环工作，时间上相互交错，以此达到原料气不断输入，半产品气不断输出的目的。二系统采用20-7-9/V工艺，20塔操作，7塔同时进料，9次均压，抽真空解吸流程。半产品气从底部进入7台正在吸附的吸附器中，二氧化碳几乎全部被吸附，其余组分穿过吸附剂，在吸附器顶部得到净化气。其余13台吸附器分别进行其他步骤的操作。20台吸附器依次循环工作，时间上相互交错，以此达到原料气不断输入，半产品气不断输出的目的。

（六）精脱硫工艺

1、基本原理

从变压吸附出来的净化气中含有一定量的硫化氢和有机硫，在一定条件下，在精脱塔里固体精脱硫剂的作用下，将大部分硫化氢及有机硫脱去在工艺指标范围内。

2、工艺流程

来自脱碳工序的净化气先经过第一精脱槽，再进第二精脱槽。一二精脱塔之间有切换复线，可实现两个精脱塔的串并及单独使用。

（七）气体的压缩

1、工作原理

在合成氨生产中，原料气的净化和合成是在一定的压力下进行的，因此需要对气体进行压缩，以达到所需的压力，同时完成气体的输送。晋开主要使用的是王府压缩机，它的压力范围十分广泛，效率较高。

2、工艺流程

来自净化工段的半水煤气，经过分离器分离水分后，进入压缩机一段加压。加压后的气体经冷却器冷却后和油水分离器分离油水后，再送入压缩机二段加压。加压后的气体经二段冷却器及油水分离器分离油水后，送变换工段。从变换气脱硫岗位来的变换气经三段汽水总分离器分离水分后，进入压缩机三段加压，加压后的气体经三段冷却器及油水分离器分离油水后送入变压吸附脱碳工序从脱碳来的净化气经四段总分离器分离油水后，依次进入四五段，然后逐段加压，每段加压、冷却的气体依次冷却、分离，送入下一段加压，由五段分离油水后进入下个工序。

(八）合成氨工艺

1、氨的主要特点

氨在标准状态下是无色气体，比空气密度小，具有刺激性气味。会灼伤皮肤、眼睛，刺激呼吸器官粘膜。空气个氨质量分数在0.5％-1.0%时，就能使人在几分钟内窒息。

氨的相对分子质量为17.3沸点(0.1013MPa)-33.5C冰点一77．7C,临界温度132.4C，临界压力ll．28MPa．液氨的密度0.1013MPa、-334C为0.6813kg?L‘。标准状态下气氨的密度7．714×10E4 kg-L 摩尔体积22．08L?mol-1液氨挥发性很强。气化热较大。氨基易挥发，可生产含氨15%~30%(质量)的商品氨水，氨溶解时放出大量的热。氨水溶液呈弱碱性，易挥发。液氨和干燥的气氨对大部分材料没有腐蚀性，但是在有水存在的条件下。对铜、银、锌等金属有腐蚀性。

氨是一种可燃性物质，自然点为630C，一般较难点燃。氨与空气或氧的混合物在一定范围内能够发生爆炸，常压，室温下的爆炸范围分别为15.5%~28%和13.5%~82% 氨的化学性质较活泼，能与碱反应生成盐。

2、合成氨工艺的流程

（1）分流进塔：反应气分成两部分进塔，一部分经塔外换热器预热，依次进入塔内换热管、中心管，送到催化剂第一床层，另一部分经环隙直接进入冷管束，两部分气体在菱形分布器内汇合，继续反应，这样使低温未反应气直接竟如冷管束，稍加热后，作为一、二段间的冷激气，从而减少冷管面积和占用空间，提高了催化剂筐的有效容积，并强化了床层温度的可调性。同时仅有65~70%的冷气进入塔内换热器和中心管，减轻了换热器负荷，因而减少了换热面积，相对增加了有效的高压容积，也使出塔反应气温度提高（310~340℃），即回收热品位提高。气体分流进塔还使塔阻力和系统阻力比传流程小。

（2）进塔外换热器的冷气不经环隙，这样温度更低，使进水冷器的合成气温度更低（约75℃左右），提高了合成反应热的利用率，降低了水冷器的负荷和冷却水的消耗。

（3）水冷后的合成气直接进入冷交管间，由上而下边冷凝边分离，液氨在重力和离心力的作用下分离，既提高了分离效果，又减小了阻力。

（4）塔后放空置于水冷、冷交后，气体经连续冷却，冷凝量多，因此气体中氨含量低，惰气含量高，故放空量少，降低了原料气消耗。

（5）塔前补压：循环机设于冷交之后，气体直接进塔，使合成反应处于系统压力最高点，有利于反应，同时循环机压缩的温升不消耗冷量，降低了冷冻能耗。

（6）设备选用结构合理，使消耗低，运行平稳，检修量减少，工艺趋于完善。

（7）选用先进的自控手段，如两级放氨，氨冷加氨，废锅加水，系统近路的控制，均用了DCS计算机集散系统自动化控制，冷交、氨分用液位检测采用国内近几年问世的电容式液位传感器等新技术使操作更加灵活、平稳、可靠，降低了操作强度。

3、氨的净化和输送

由合成车间液氨仓库经液氨升压泵加压后的原料液氨，压力大于2 /20cmkg（表压），温度约<20C°直接送入尿素生产车间27米楼面的液氨过滤器，进入液氨缓冲槽原料室。

来自一段循环系统冷凝器回收的液氨，自氨冷凝器A、B流入液氨缓冲槽的回流室，其中一部分液氨正常为60%，作为一段吸收塔回流液氨用，而其余液氨经过液氨缓冲槽的中部溢流隔板，进入原料室与新鲜原料液氨混合后一起至高压氨泵，这样可使液氨保 持较低的温度以减少高压氨泵进口氨气化。氨缓冲槽压力维持在2/17cmkg左右，设置 在高为23米平面上，是为了具有足够的压头，使液氨回流进入一段吸收塔，同时也为了保证高压氨泵所需要的吸入压头。氨缓冲槽原料室的液氨，进入高压氨泵（单动卧式三联柱塞泵、打液能力为每台 hrM/243，反复次数180次/分、电动机250KW、三台高压氨泵一台备用）将液氨加压。

参考文献

合成氨工业生产习题的多角度设计 篇3

随着新课程理念的不断深入、新课程实践的不断推进，高考化学试题也在不断进行相应的变革。试题依据新教材，加大体现新课标的理念已成为命题思路之首选。纵观2007年各地的高考化学试卷，无论是已实施新课程标准的广东、山东、海南和宁夏四省的试卷，还是即将进入新课程标准的江苏试卷，都呈现出稳中求进的特点，在看似平淡的表面背后，不断地推出新的亮点同新课标一步步接轨。而实用性强是化学学科的一大特点，我国的化工企业在国民经济中占有很大的比重，是国家的一个支柱产业，两方面因素都使得以化工生产为知识背景的高考题倍受推崇，而此类试题多取材于《化学与技术》模块。内容主要有：化工生产条件的选择、原料的选取与配比、原料的转化率或产品产率的计算及工业尾气的处理和热量的利用等。涉及的领域有：工业制硫酸、硝酸，合成氨、化肥的生产、钢铁工业等；用到中学化学的原理和知识有：化学平衡、化学反应速率、反应热和化学计算。重点考查学生的知识利用能力、分析综合能力，培养理论与实践相联系的观点，通过真实化工生产的展现让学生更能懂得化学的实用，激发学习化学的热情。

1 从化工原理的角度设计试题

［试题1］根据合成氨反应的特点，结合化学反应速率和化学平衡的原理填写下列表格，并选择工业合成氨的适宜的条件。

［答案］通过分析可以填写下表：

综合各方面因素后采用如下条件：①高温，500℃； ②高压，20MPa～50MPa； ③催化剂，铁触煤。

［命题意图］这是考查化学反应速率与化学平衡原理在合成氨工业生产中的多因素影响问题。特别是两个因素影响不一致时如何联系生产原理和生产实际选择适宜条件。

2 从合成氨工业生产的流程设计试题

［试题2］下图是合成氨工业生产的流程示意图:

1. 工业上制取氮气常采用分离空气的方法，下图是制取氮气流程图，请在空格内填写适当的答案：

2. 写出工业合成氨中利用煤水反应法制取原料气H2的两个化学反应方程式______，_______。

若用烃水反应法制取氢气，第一步是先用催化剂把烃和水作用，生成一氧化碳和氢气，写出化学反应方程式___________。

［答案］1.

2.

［命题意图］从工业合成氨生产的流程示意图考查用物理方法制取氮气，构思新颖。用煤水反应法和烃水反应法的反应原理考查化学方程式从具体到一般的书写，符合归纳法。

3 从合成氨反应中化学平衡与反应热相结合的角度设计试题

［试题3］已知常温常压下， N2(g）和H2(g)生成2mol NH3(g)放出92.4kJ热量。在同温同压下向密闭容器中通入1mol N2和3mol H2，达到平衡时放出热量为Q1，向另一体积相同的容器中通入0.5mol N2、1.5mol H2和1mol NH3，相同条件下达到平衡时放出热量为Q2，则下列关系式正确的是

A.2Q2=Q1=92.4kJ B.2Q2＜Q1＜92.4kJ

C.Q1＜Q2＜92.4kJ D.Q2=Q1＜92.4kJ

［提示］因为1mol N2和3molH2的反应跟0.5mol N2与1.5mol H2的反应是在同温同压下按相同物质的量比[n(N2):n(H2)=1:3]进行的，则前者放出热量为后者的两倍；但若在后者中再加入1mol NH3，正反应将受到抑制，故Q1＞2Q2。因为N2和H2合成NH3的反应是可逆的：N2+3H2 2NH3，常温常压下原料的转化率很低，因而将1mol N2和3mol H2混合反应肯定不能生成2mol NH3，则Q1＜92.4kJ。与备选选项对照，可知答案为B。

［命题意图］以合成氨反应式为载体，考查可逆反应在等温等压条件下，平衡移动与反应热的关系，着重考查思维的变通性和敏捷性。

4从氨工业用途角度设计试题

［试题4］工业上，用氨气和二氧化碳合成尿素。在一定条件下，发生如下反应：

CO2(g)+2NH3(g) CO(NH2)2(s)+H2O(g)

已知焦炭、一氧化碳和烃类化合物都能与水反应产生合成尿素的原料——氢气和二氧化碳，从充分利用原料的角度考虑，用下列物质生产H2和CO2最为合适的是

A.C B.CO

C.天然气D.石脑油（C5H12、C6H14）Z

［提示］生产出的H2用于合成NH3，再由NH3与CO2合成尿素。由此，可找出H2与CO2关系式：3H2～2NH3～CO2。分别写出备选项中各物质与H2O反应的化学方程式

①C+H2O=H2+CO，CO+H2O=H2+CO2，

即C+2H2O=2H2+CO2

②CO+H2O=H2+CO2

③CH4+2H2O=4H2+CO2

④C5H12+10H2O=16H2+5CO2，C6H14+12H2O=19H2+6CO2

产物中， n(H2):n(CO2)最接近3:1的最合适。所以答案选D。

［命题意图］本题借用氨气的工业用途，着重考查多步反应中量的关系的归纳与近似数值的处理。回答这个问题，学生要有思维的转换能力。

5从化学平衡的定量关系设计计算试题

［试题5］合成氨反应中，若合成塔进口时N2、H2、NH3的体积之比为5:15:3。出口时N2、H2、NH3的体积之比为9:27:8，则N2的转化率为（）

A.10%B.20%C.30% D.40%

［提示］欲求N2的转化率，需知道N2的起始量（进口量）和转化量（变化量）。题中未直接给出N2的起始量，却给出了进口时N2、H2、NH3的体积之比，可据此进行假设。

设进口时N2、H2、NH3的物质的量分别为5mol、15mol和3mol，至出口时有xmol N2转化成NH3。

N2+ 3H2 2NH3

进口量（mol）5153

进口量（mol）x3x2x

进口量（mol） 5-x15-3x3+2x

依题意可得：（5-x）：(3+2x）=9：8，x=0.5mol。

故N2的转化率为10%，答案选A。

［命题意图］以合成氨反应为载体，以连比的方式考查化学平衡中反应物的转化率，此题突破了常规的命题方式。

6从图像的形式结合数学知识设计试题

［试题6］在容积不同的密闭容器中，分别充入1.0mol N2和3.0mol H2，在不同温度下，任其发生反应生成NH3，分别在不同时间测定NH3的含量，然后绘制出下图。试回答下列问题：

（1）A、B、C、D、E五点中，尚未达到平衡状态的是______________。

（2）此可逆反应的正反应是_____反应（填“放热”或“吸热”）。

（3）AC段的曲线是增函数，CE段曲线是减函数，试从反应速率和化学平衡的角度说明理由：_________________________。

［答案］（1）AB；（2）放热；（3）AC段曲线为增函数，原因是开始充入的物质是N2和H2，未达到化学平衡状态，故φ（NH3）不断增大。C点达平衡后，随着温度升高平衡向逆反应方向移动，φ（NH3）含量减少，故CE段为减函数。

［命题意图］由化学反应式引入图像，考查学生的观察能力，引入数学中函数的单调性，考查数学知识在化学平衡中的应用。

7从综合创新角度设计试题

［试题7］利用天然气合成氨的工艺流程示意图如下：

依据上述流程，完成下列填空：

(1)天然气脱硫时的化学方程式是_________。

(2)nmol CH4经一次转化后产生CO 0.9mol，产生H2_________mol(用含n的代数式表示)。

(3)K2CO3(aq)和CO2反应在加压下进行，加压的理论依据是_________。

(a)相似相溶原理 (b)勒沙特列原理

(c)酸碱中和原理

(4)整个流程有三处循环：一是Fe(OH)3 循环，二是K2CO3(aq)循环，请在流程图中标出第三处循环（指出循环方向和循环物质）

［答案］(1)3H2S+2Fe(OH)3Fe2S3+6H2O

(2)2.7n

(3)b

(4)如右图

［命题意图］本题的背景材料是“天然气合成氨”，虽然流程较长(脱硫→转化→换气→吸收→合成)，但脉络清晰，关系明了，联系化学反应的可逆性，从反应热、化学平衡计算、化工原理、实际应用等角度进行命题，同时注意考查了观察能力，实验能力，用数学问题解决实际问题的思维能力等对基础知识的应变能力，拓展了合成氨的思维空间，是综合性和区分度较好的试题。

8 高考合成氨试题赏析

［试题8］（07全国山东卷）某化工厂为了综合利用生产过程中的副产品CaSO4, 与相邻的合成氨厂联合设计了以下制备(NH4)2SO4的工艺流程：

请回答以下问题：

(1)合成氨反应的化学方程式是___________，该反应是在_______(填设备名称)中发生。沉淀池中发生的主要反应方程式是_________，该反应能够发生的原因_______________。

(2)在上述流程的沉淀池中通入足量氨气的目的是___________________，可以循环使用的X是______________________________________。

(3)该生产过程中的副产品是____________。从绿色化学和资源综合利用的角度说明上述流程的主要优点是___________；从物质的性质和工业生产实际的角度考虑该流程的主要缺陷是_________。

［试题评析］本题设计的特征：一是试题表达简洁、清晰，流程图提示有利于学生形成解题思路；二是三个问题间基本不关联，故前面的错误不会引起后面连锁失分，有利于真实考查学生的水平；三是三个问题由易到难，具有较好的阶梯性。这里所说的阶梯性是指试题题材具有由初级知识水平到高级知识水平之间的过渡，较低能力要求与较高能力要求的过渡。试题设计这样两个梯度，有利于提高区分度，有利于测量学生知识和能力层次。

由此可见，化工生产试题可以培养学生审题、解析流程图、提取和加工信息等能力，知识的落点在于某一工艺步骤中用到哪些物质及其应用知识、化学反应原理、基本实验操作，能力的落点除上述之外还有工业生产中要考虑的基本问题、绿色化学思想以及对已经提供的方案和工艺进行简单的比较和评价等。

总之，随着新课程实施的不断深入，高考化学命题将会进一步与高中化学新课程改革接轨，我们应当积极主动研究高考试题的命题发展趋势，把握其命题的特点，在平时的复习中多加训练，以提高对各种新题型的适应能力。

参考文献：

[1]林长春.论高中化学新教材实施科学方法教育的几个问题[J].课程·教材·教法，2003，（8）：57-62.

[2]王后雄.新课程视野下高考化学命题设计的发展与创新[J].化学教育.2008.3

试析合成氨生产技术改进 篇4

1 国内合成氨生产技术的现状

随着国内经济的发展, 工业水平的不断提高, 国内合成氨的工艺水平也在不断的进步。从上世纪50年代国内开始投产第一批合成氨装置以来, 国内的化工工作者对于合成氨的工艺的改进一直没有间断过, 现在, 中国已经是世界上合成氨产量最大的国家。

1.1 装置

中国目前的合成氨的装置分为大中小三种。大型装置有三十余套, 设计生产能力为900万吨/年, 实际生产能力为1000万吨/年, 约占中国合成氨生产总量的23%左右。中型装置有五十余套, 生产能力为460万吨/年, 约占合成氨生产总量的11%左右。小型装置有七百余套, 生产能力为3000万吨/年, 约占合成氨生产总量66%。

1.2 合成氨的工艺流程

1.2.1 生产原料

合成氨所需要的原料有天然气, 石脑油, 重质油和煤 (或者焦炭) 等。

1.2.2 原料气的制备。

采用合成法生产氨, 首先必须制备含氢和氮的原料气。它可以由分别制得的氢气和氮气混合而成, 也可同时制得氢氮混合气。

1.2.3 原料气的净化

制取的氢氮原料气中都含有硫化合物、一氧化碳、二氧化碳等杂质。这些杂质不仅能腐蚀设备, 而且能使氨合成催化剂中毒。因此, 把氢氮原料气送入合成塔之前, 必须进行净化处理, 除去氢气和氮气以外的杂质, 主要包括变换、脱硫脱碳和气体的精制3个过程。

变换可将原料气中含有的CO和水蒸气生成CO2和H2, 以便于脱去碳氧化物。脱硫脱碳则是使得在生产过程中的碳氧化物和硫化物含量降到足够低, 一般在碳氧化物在1%以下, 硫化物在10-5以下, 否则会使得氨催化剂失去活性甚至中毒, 对生产过程造成严重影响。气体精制则是在合成之前要进行原料气的最终净化, 避免对催化剂的毒害。

1.2.4 原料气的压缩和氨的合成。

将纯净的氢氮混合气压缩到高压, 并在高温和有催化剂存在的条件下合成为氨。这是整个工序的核心部分。

1.3 生产现状

中国在上世纪50-60年代陆续投产了几十套年产2.5万吨—5万吨的合成氨设备, 以及1000余套年产21万吨的小型合成氨设备。但是, 这些设备所采用的原料都是无烟煤、焦炭和褐煤。70年代, 引进了十余套日产千吨的合成氨设备, 与此同时, 我国还自行研制开发以石脑油为原料的中型合成氨设备。80年代以后, 我国又从国外引进十余套大型合成氨设备, 其中大部分以天然气为原料, 其余的主要是以石脑油、渣油和煤为原料。90年代以后, 我国陆续从国外引进世界上最先进的合成氨生产技术, 迅速使我国成为了世界上合成氨产量最大的国家。

我国合成氨的原料构成是以焦炭为主, 尽管90年代至今我国的合成氨产量增加很快, 但是生产的原料构成并没有变化, 这是由中国的国情决定的。我国探明的煤炭储量很大, 在未来的十几年中, 我国的能源结构不会发生很大变化, 因此我国合成氨的原料仍然会以焦炭为主, 但是天然气等新兴资源在不断的开发利用中, 因此以天然气为原料来合成氨成为必然趋势。

由于我国合成氨的原料现阶段以焦炭为主, 并且我国还是全世界最大的合成氨产量国, 因此必然会导致巨大的能源损耗和环境污染, 所以我国在合成氨工艺的改进的过程中, 怎样最大限度的降低能源损耗和减少环境污染, 提高合成氨的生产率, 成为了改进过程中的指导性原则和核心目标。

2 合成氨工艺技术的改进

2.1 装置改进

现阶段我国合成氨设备的生产效率低下是阻碍合成氨生产工艺发展的一大障碍, 因此可以积极的借鉴国际上先进的合成氨设备的设计原理和技术, 或者积极推荐企业从国外引进国外先进的流程和设备, 比如中国四川化工总厂引进的美国Kellogg公司的节能型合成氨工艺软件包, 山东鲁南化肥厂水煤浆加压气化装置工艺软件包等国际先进的生产设备, 对于提高合成氨的生产效率有很大帮助。

2.2 原料结构改进

除了提高生产设备的生产效率之外, 积极的探索新的原料结构也是一项重要的工作。上述提到的Kellogg公司的节能型合成氨工艺软件包就是以天然气为主要原料进行生产, 经详细测算, 这种方法能够大大的降低能耗和环境污染。此外还可以探索以水煤气为主要原料的生产工艺, 由于水煤气具有比较好的稳定性, 因此对于生产合成氨也是重要的原料。

2.3 寻找新型催化剂

催化剂在合成氨的过程中起到了不可取代的作用, 它能够极大地减少合成氨所使用的时间, 并且能够提高原料的使用效率, 因此, 开发新型催化剂也是能够对合成氨工艺改进的一个重要方面。同时有的催化剂还能够在生产过程中起到脱硫脱碳的作用, 从另一个侧面提高了原料的使用效率。

2.4 工艺流程的改进

在合成氨的过程中, 会产生很多废气废渣, 这些废气废渣就是造成原料浪费的主要方面, 研究怎样对废气废渣进行循环利用, 或者三次利用, 也是一个能够极大地提高合成氨生产效率的重要方面。工艺流程的改进可以和设备的改进有机的结合起来, 从而达到更好的效果。

3 结束语

合成氨工艺对于我国的工业和农业发展具有重要的意义, 我国面临快速城镇化、工业化的考验, 一方面要满足我国快速发展的工业化城镇化的需求, 另一方面又要考虑极大地减少在合成氨过程中造成的能源损耗和环境污染, 改善原料的利用率, 都是我们要面临的挑战。我国的合成氨技术水平和国际先进水平还有一定的差距, 积极地向国外先进技术学习, 同时努力加强自身创造性, 是我们未来要努力的方向。

参考文献

[1]高恩元.前进中的中国合成氨技术[J].中国化工信息中心.1997, (35)

[2]蒋德军.合成氨工艺技术的现状及其发展趋势[J].现代化工.2005, (8)

合成氨条件的选择 篇5

参看课本P49的表2―5。

1．压强。增大压强，有利于 的合成，但在实际市产中，压强不可能无限制的增大，因为压强越大，需要的动力越大，对材料的强度和设备的制造要求也越高，势必增大生产成本，降低综合经济效益。因此，受动力、材料、设备等条件的限制，目前我国合成氨厂一般采用的压强是 。

2．温度。合成氨为放热反应，低温有利于氨的生成。但是温度越低，反应速率就慢，到达平衡所需要的时间越长，因而单位时间内产量低，这在工业生产中是很不经济的。综合考虑各种因素，在实际生产上，采用500℃的温度，此时催化剂的活性最大。

3．催化剂。由于 分子非常稳定， 与 的化合十分困难，即使采用了加热与高压的条件，合成氨的反应还是十分缓慢。为了加快化合反应速率，降低反应所需要的能量，合成氨工业普遍使用铁触媒作催化剂。

在实际生产中，不断补充 、（增大反应物浓度），采取迅速冷却的方法（减小生成物浓度），使气态氨变成液氨后及时从平衡混合物中分离出去，以促使化学平衡不断地向着生成 的方向移动。

合成氨工业

（一）合成氨工业

1．原理

2．生产过程简介（出示挂图或模型）

（1）原料气的制备： 来自空气， 来自水中

再通过 水除 ：

完美的合成照片 篇6

因此，我们无法下船找到一个适当的位置捕获轮船在湖中的画面。幸运的是，旅途中我们拍摄了不少这艘游轮的照片，而湖的照片也已经有了，为此，我们可以在电脑上通过图像编辑软件，将两者巧妙地合成在一起。按照自己的想法，获得一张游湖过程中游轮在湖中的照片。

修饰照片

由于湖面的照片是在仓促之中使用自动模式拍摄的，所以石门的曝光明显不足，这导致照片出现色差，并且石门的边缘出现彩色的条纹。因而，在合成照片之前，我们必须先对照片进行修饰，掩盖照片中存在的缺陷。下面，我们将介绍消除这些缺陷的步骤，这一技巧同样适用于其他照片，在修饰图像时可以轻松地消除照片上额外的彩色条纹。

步骤

增加石门曝光 在Photoshop中单击“文件|打开为”，在“打开为”下拉菜单中选择“Camera Raw”，通过Camera Raw打开湖面的照片，单击工具栏中的“拉直”工具，沿石门墙壁边缘画一垂直线，调整照片的垂直基准线。再单击工具栏中的“调整画笔”，在右侧调整“曝光”到“1.80”、“对比度”为“+20”，其余值皆保持为“0”。选中下方的“显示蒙版”复选项，并单击复选项右侧色块，选择一个醒目的蒙版颜色。

增强天空和湖泊 单击上方“新建”选项，再设置“饱和度”为“100”、“清晰度”为“+60”，单击“颜色”选项右侧的色块，选择一种蓝色作为基调，仔细地对天空进行修饰，再以同样的方式，对湖面进行处理。注意在操作过程中，必要时可以通过下方的“显示笔尖”复选项切换画笔的显示模式。

清除彩色条纹 选择“打开图像”将照片加载到Photoshop中，按[Q]键切换到蒙版显示模式，选择黑色作为前景色掩盖如图中所示景物边缘的彩色条纹。按[↑]+[Ctrl]+[I]组合键调整，并选择“图层|新建调整图层|色相/饱和度”，在右侧调整选项中单击显示为“全图”的下拉菜单，从中选择“洋红”，然后再将其下方的“饱和度”调整滑块拉到最左边。

修改照片 接下来，我们需要清除照片上多余的内容，例如湖面上的物件，在左侧工具栏上选择“仿制图章工具”，在上方的工具选项中单击并设置“硬度”为“40%”，并根据目标的大小设置画笔大小，在本例中我们选择画笔“大小”为“24”，按住[Alt]键，在照片上我们准备复制的地方单击一下鼠标，然后移动到希望掩盖住的位置单击鼠标，这样就可以用复制的图案掩盖住当前的内容了。

拷贝轮船 在游轮的照片中将轮船的图案单独拷贝出来。可以使用工具栏中的“快速选择工具”，并在上方工具选项中设置“硬度”为“20%”，然后仔细地在照片上选中船体的部分，注意随时可以按[Alt]键切换光标由选中功能变为撤消选中功能。选择整个轮船的图案后可以按[Ctrl]+[C]组合键拷贝并使用[Ctrl]+[V] 组合键粘贴到上面已经准备好的湖面照片上。

调整轮船和添加倒影 粘贴后按[CTRL]+[T]组合键可以进入调整粘贴图案大小的模式，拉动边缘的方块即可轻松调整船的大小。接下来，我们可以在一个新图层上粘贴一个镜像反转的轮船图案，并在图层模式的下拉菜单中选择“颜色”，这样就可以使其融入湖水中作为船身的倒影。如有必要，还可以选择“涂抹工具”，对游轮图案的边缘进行处理，使过渡显得更加自然。

合成氨原料气净化工艺比较 篇7

1 铜洗法

醋酸铜氨液洗涤法(简称铜洗)是最古老的方法,早在1913年就开始应用。铜洗法以其工艺成熟、操作弹性大,长期在中小型合成氨厂占据主导地位,但国外早在20世纪60年代就逐步淘汰这种落后的工艺[1]。

1.1 铜洗法净化工艺原理

合成氨脱碳原料气中含有少量的一氧化碳、二氧化碳、硫化氢和极少量的氧气,经过压缩至10~13MPa压力后,进入铜液塔与温度在15℃左右的铜氨液中的有效成份发生了化学吸收反应:

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1.2 铜洗法工艺的不足

铜洗法精制原料气方法消耗高,主要表现在运行、维修、操作费用高,物料消耗大,铜液在净化过程吸收了(CO+CO2),同时亦溶解了H2气体,即使设置了再生回收,仍然存在着气体的损失,且精制度较低。铜洗法精制原料气方法最大的缺陷在于环境污染严重,一般中型氮肥厂每小时约产生10t废水,这股废水除含有氨外,还含有CO2。此外生产过程中经常出现严重的铜液跑冒滴漏和铜液渗漏,不利于企业环保工作的提高。铜洗法的运行成本在各个企业有所不同,一般在50~100元/tNH3,目前许多氮肥企业都准备改造铜洗工艺,新上氮肥企业基本上不考虑上铜洗工艺。

2 低压甲烷化法

原料气甲烷化净化,这是气相中CO+CO2在催化剂作用下与H2反应转化为CH4而得以净化,是早期氮肥生产的一种传统气体净化工艺。

2.1 甲烷化净化原理及工艺流程

甲烷化反应是一种强放热反应:

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典型的甲烷化工艺流程见下图1。

2.2 甲烷化净化工艺优点和不足

用甲烷化脱除原料气中的CO+CO2可大幅度简化生产流程,降低建设和操作费用,操作也较平稳,运行费用不足铜洗的20%,占地面积也较铜洗装置要少。

该法存在的不足之处,如反应中在CO和 CO2被除去的同时,消耗掉数倍于CO和 CO2的H2,而且甲烷化后甲烷含量增加,造成氨合成放空量增大,根据甲烷化反应方程式可知,进口气中每增加0.1% CO,相当于多消耗0.3%H2和0.1%CO,即总共消耗0.4%(CO可转化为H2),同时合成气中增加0.1%CH4。经测算,如有0.7%的CO+CO2进行甲烷化,以上二项累计增加原料气耗约10%,足见其耗量之大。甲烷化还要求变换中CO含量< 0.3%,(CO+CO2)<0.7%,以控制催化剂床层的温度,(CO+CO2)含量指标的要求对以煤为原料固定层气化的中小氮肥较为苛刻,所以较难普及[1]。

3 甲醇甲烷净化工艺法(双甲工艺)

所谓“双甲”工艺,实际上就是合成氨厂将联醇、甲烷化技术引入原料气净化系统,从而省去落后的铜洗再生工艺。甲烷化工艺能够控制好(CO+CO2)微量,但对原料气中(CO+CO2)含量限制较为苛刻,而二者结合起来形成的“双甲”净化工艺,保持了二者的优点,弥补了二者的不足。

3.1 甲醇甲烷化工艺原理及工艺流程

在甲醇化工艺中,CO和CO2 按下面反应转化为甲醇:

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在甲烷化工艺中,CO和CO2则同甲烷化法一样转化为甲烷:

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典型的甲醇甲烷化工艺流程图如图2。

3.2 甲醇甲烷化净化工艺特点和不足

甲醇甲烷净化工艺法与传统工艺法相比,这种新工艺更具吸引力。该工艺由两部分组成,在甲醇合成之后再是传统的甲烷化工艺工序,净化过程中把一氧化碳、二氧化碳变成了有用产品甲醇,同时双甲工艺比引进国外的深度低变甲烷化优越。深度低变甲烷要求变换的一氧化碳降到0.3%,双甲工艺不要求降到这么低,只要降到1%~6% 就可以。双甲净化工艺操作工艺范围弹性比较大,氨醇比调节大,压力调节范围也很宽,此净化工艺法具有生产稳定、操作简单,适应性强、生产弹性大、经济效益好,投资少、建设期短等一些特点[1]。

双甲工艺尽管将进甲烷化的一氧化碳降到了0.1%~0.3%,到了甲烷化还是要消耗氢,而且一个一氧化碳耗三个氢,一个二氧化碳耗四个氢,消耗了氢,变成了无用的甲烷,进入到合成新鲜气中,放空量增加,这是甲烷化普遍存在的问题。既然消耗氢,就把CO和CO2降得很低,如0.01%~0.02%,这就带来了另外一个问题,因为CO和CO2甲烷化反应时反应热很小,1%的一氧化碳反应温度只增加70℃左右,散热损失多,就要开电炉,从而增加了电耗[2]。

4 醇烃化净化工艺法

针对双甲工艺存在的一些问题,湖南安淳公司把双甲工艺做了改进,即升级成为醇烃化精制工艺。

4.1 醇烃化工艺原理及工艺流程

醇烃化工艺就是醇醚化、醇烃化精制工艺。第一步将双甲工艺中甲醇化催化剂更换成醇醚复合催化剂,使 CO+CO2与H2 反应生成甲醇,并随即水解为二甲醚,其反应式为:

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此过程称醇醚化,醇醚化副产物是醇醚混合物,醇醚化后CO+CO2 控制在0.2%~0.4%。

第二步将双甲工艺的甲烷化催化剂更换为烃化催化剂,使CO+CO2与H2反应生成低碳烃化物、低碳醇化物,低碳烃化物、低碳醇化物在水冷温度下可冷凝为液相,与气体分离,烃化后气体CO+CO2可控制在10mL/m3左右[1]。 烃化反应式为:

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图3为典型的醇烃化工艺流程图。

醇烃化工艺灵活性强,原料气中一氧化碳含量范围较宽,最高达8%,最低可至1%,既能产粗甲醇,又可产醚含量很高的醇醚混合物(只改变触媒种类)。

4.2 醇烃化净化工艺特点

“醇烃化工艺”中烃化流程与“双甲工艺”中甲烷化流程基本类似,烃化较甲烷化在工业生产中具有如下优点:①脱除CO+CO2的量低且稳定,并能较大幅度地提高联产甲醇的产量;②烃化生产烃类物质,高压常温下冷凝分离;③烃化操作温度较甲烷化低60~80℃ ,烃化反应床层更易维持自热操作; ④烃化催化剂活性温区宽,不易烧结、老化,使用寿命长;⑤烃化催化剂价格便宜;⑥甲醇在烃化塔内无逆反应发生[3]。

5 全自热非等压醇烷化净化工艺法

全自热非等压醇烷化合成氨原料气净化新工艺由南京国昌化工科技有限公司开发,并在山东肥城化肥厂装置上获应用,该工艺比原铜洗工艺降低吨氨成本90元[4]。

5.1 非等压醇烷化工艺原理及工艺流程

全自热非等压醇烷化净化是由中压醇化、高压醇化和高压烷化三个系统组成,中压醇化装置以产醇为主,高压醇化及高压烷化装置以净化为主,三者有机结合,充分利用合成氨反应余热,实现联醇、净化、合成一体化完全自热平衡(如图4)。

5.2 非等压醇烷化净化工艺特点

非等压醇烷化净化工艺特点是中压联醇可大幅度调节醇氨比、能耗较低;高压甲醇CO、CO2转化率高,净化度能够保证。

全自热非等压醇烷化工艺中,在高压烷化塔前增设提温换热器,其热源来自氨合成塔二出气,其突出优点在于:氨合成二出气体温度、压力比较稳定,可以确保高压烷化塔温的稳定,从而确保高压烷化出口气体微量合格,保证生产稳定。

非等压醇烷化工艺高压甲醇化、甲烷化反应不依赖其进口CO、CO2含量,才有条件使高压甲醇化进口CO+CO2降低到1.5%的水平,并在高压下达到高转化率,使醇化后的CO、CO2净化度提高到小于200mL/m3,这样烷化净化后不仅可使CO、CO2净化度达到极致,而且所增加的CH4含量也达到每立方仅含几毫升的级别,同时该工艺彻底解决环保问题,将压缩机送来的气体全部转化为甲醇和氨,完全甩掉铜洗装置,彻底解决化肥厂铜氨络合溶液带来的环境污染,有效保护环境[5]。

6 结束语

综上所述,合成氨厂原料气净化工艺随着时代发展,已从较为落后的铜洗工艺法逐渐发展到工艺较为先进的醇烃化及醇烷化净化工艺,反映了氮肥行业工艺技术的进步与发展。合成气精制新工艺是有利于氮肥企业节能降耗,增产增收,更是造福于社会的优秀技术。氮肥企业无论是否有联醇装置,只要条件许可,淘汰能耗高、对环境有污染的老净化工艺,走先进的净化工艺的路子,定能取得很好的经济效益和积极的社会效益。

参考文献

[1]周大明,李孟璐.合成氨几种原料气净化工艺浅析[J].小氮肥设计技术,2005,4(26):18-22.

[2]韩喜民.30MPa双甲工艺总结[J].化工催化及甲醇技术,2004,4:13-16.

[3]周大明,李孟璐.醇烃化原料气精制工艺在我公司的应用[J].中氮肥,2005,5:8-10.

[4]尚秀兰.全自热非等压醇烷化净化新工艺替换铜洗净化技改小结[J].中氮肥,2005,1:11-14.

合成氨工业节能减排的分析 篇8

一、合成氨工业发展现状

(一) 发展现状

从上个世纪50年代至今, 我国的氮肥工业迅速发展, 合成氨的产量已经达到了国际领先的地位, 能够利用焦炭、焦炉气、天然气、无烟煤、液态烃等多种原料合成氨以及尿素等化肥。并且各种生产规模的合成氨企业都发展的比较快, 总体结构较为合理。总的年产量大概有4500万吨, 能够达到国内的氮肥需求, 并且与国际合成氨工业具有一定竞争力, 今后的发展趋势主要是节能减排, 提高经济效益。

(二) 存在问题

造成我国的合成氨工业能耗高、能效低的原因主要是:1) 利用原料的不合理。天然气被称作是最廉价最合理的合成氨原料, 国外合成氨工业中百分之八十五都是以天然气作为原料, 而在我国煤成为了合成氨的主要原料, 占总比例的百分之七十以上。2) 由于对生产企业管理的落后, 使得我国合成氨企业的耗能比国外企业高出40%~50%。3) 生产规模小, 生产能力远远落后于国外水平。4) 工业技术落后也成为阻碍氨合成工业的重要原因, 合成压力的降低以及催化剂的进步可以大大的降低合成氨工业的能耗。国外合成氨企业大多采用15 MPa的低压工业技术, 而我国百分之七十以上的小型企业采用的是31.4 MPa高压合成工艺, 这使得我国合成氨成本与能耗几倍于国外企业。

二、合成氨工业节能减排分析

(一) 节能潜力分析

氨气体的热值大约为22.4GJ/t, 属于比较高的范围;并且在合成氨的过程当中会消耗比较多的能量, 因此合成氨工业属于高耗能产业。与国外的中小型企业相比, 我国合成氨工业每生产1t产品大约消耗40~60GJ, 比国外企业平均消耗25GJ相差了一倍之多, 由此可以发现在合成氨工业中, 节能的潜力非常大。设想如果我国合成氨企业的技术得到提升, 能够赶超国外的发达水平, 摆脱成本高、能耗高的现状, 我国每年将能够节省大约两千多万吨煤, 并减少六千万吨的二氧化碳排放量。

(二) 工段降耗分析

为了分析合成氨过程中的耗能最大的环节, 根据热力学原理理论推断, 可逆过程会消耗最少的能量, 反应过程的可逆性越大, 则能效越高。而实际生产应用中大多数为不可逆反应, 一般会消耗比较多的能量。通过分析合成氨工业的工序和反应过程的能量消耗数据分析, 发现冷却水过程消耗的热能达到了热能总耗的70%以上, 散热工序和烟气排放排其后面。从有效能的损耗分析来看, 转化工段占了总体的60%以上, 其中涉及燃烧的过程耗能达到了85%以上。分析原因, 转化工序的反应过程不可逆性很大, 因此耗能也最大。

(三) 动力消耗分析

全装置的动力消耗约3.21 GJ/t, 付出的初级能源代价为11.48GJ/t, 占吨氨总能耗的37.68%, 其中合成气压缩机占1/2以上。一份初级能源只能创造出三分之一份的动力能源, 所以必须节省动力能源的消耗。动力能源主要作用于克服流体流动的阻力以及化学反应的能垒。表面上, 能量消耗主要在转化过程, 而实际上在合成氨工业中, 动能主要是消耗在合成过程中的。理论上, 除了以空气和水作为原料来合成氨必须消耗动能外, 使用其他的原料合成氨都应该是对外做功不会消耗动能的。例如, 以氢气和氮气为原料合成氨就可以在常温、常压下产生放热反应。

三、合成氨工业节能减排措施

(一) 调整原料结构, 提高原料档次

合成氨工业需要消耗大量的原料, 并且反应过程比较多, 因此合理的安排原料的结构, 对节能减排的意义很大。我国的能源具有石油和天然气不充足, 煤矿资源丰富的特点, 而在国外的合成氨工业中, 天然气占了原料的80%以上。由于氨中只含有氢元素, 所以在采用天然气作为主要原料时, 能够达到最大的节能减排效果。采用煤作为原料, 会生成较多的不可利用物质, 消耗较多的无用功, 并且前期投资生产装置时花费也很大。比较常见的合成氨工艺中, 蒸汽转化工艺采用的天然气为原料。

(二) 提高装备技术水平

对于所有工业企业来说, 用电设备、燃煤、燃气是它们的主要耗能部分。工艺空气压缩机、合成-循环压缩机、制冷压缩机和原料压缩机耗费着整个工厂所有电耗量的百分之八十以上;在燃煤、燃气的消耗方面, 锅炉和煤气发生炉或蒸汽转化炉占据着榜首位置。为了降低合成氨的成本, 主要应该从这几个地方入手, 对这些机械设备的改造, 可以节约大量的资源成本。合成氨的联产应用系统装置实质是一个转换能源的装置, 能够把甲烷、煤或者其他的原料制成氢气, 可以减少污染物的排放并降低能源的消耗, 带来较好的环境效益和经济效益。

总而言之, 合成氨工业在国民粮食产业中至关重要, 它的发展不仅关系到整个国家的粮食供应, 也影响了国家的能源安全, 因此要高度重视合成氨工业的节能减排。合成氨工业的节能减排主要从原料的结构、生产技术、设备采用和管理等方面综合提高。

摘要：合成氨工业对于国家的粮食安全保障具有重大意义, 在经济和技术不断发展的推动下, 我国的合成氨工业技术上已较为成熟。但是在节能环保的大的发展趋势下, 合成氨工业也必将走向低耗能、低排放之路。本文首先简要介绍了我国合成氨工业的发展现状, 然后分析了和合成氨工业的节能减排的潜力, 最后提出了对于节能减排的措施建议。

关键词：合成氨,节能,降耗,原料

参考文献

[1]苗长润, 鲍喜军.合成氨工业技术的现状及其发展趋势[J].民营科技, 2008.

[2]王文善.世界化肥供需概况及我国化肥工业现状[J].化肥工业, 2005.

合成氨压缩机组节能优化和改造 篇9

我厂合成氨装置压缩机三大机组分别为,空气压缩机组101-J/JT、合成气压缩机组103-J/JT、氨压缩机组105-J/JT。均采用国产蒸汽透平驱动,透平结构为抽汽凝汽式。多年来,运行过程中能耗一直较高,并且多次因为压缩机的原因造成全厂或局部停车。我们通过对机组所存在的问题进行全面梳理和分析,确定导致机组能耗高和运行不平稳的原因主要集中在下面几个方面。

(1)机组排汽冷凝系统真空覆水器(103-JTC)工作压力(负压)一直比较高。

(2)空气压缩机组(101-J/JT)和氨压缩机组(105-J/JT)润滑油系统设计不合理,使倒换润滑油泵困难和风险很大,因润滑油或动力油压力低低联锁次数多。

(3)合成气压缩机组(103-J/JT)润滑油消耗量大。

2 优化和改造措施

2.1 机组排汽冷凝系统真空覆水器操作优化

(1)优化措施

通过对101-JT和105-JT汽水管路不断地研究和实际测试,摸索出了该系统一些特殊阀门的开关状态对真空的影响,总结出了一些实际操作经验。在保证阀9和阀10常开的前提下(主要控制手段),关闭101-JT和105-JT的密封排气阀13(辅助控制手段),同时关小外部密封蒸汽阀,保证进入表冷器的较高压力蒸汽较少,这样就能将表冷器的负压控制在指标范围之内。

(2)优化后效果

实际的操作证明,运用上述调节方法以后,在100%负荷情况下,也可将表冷器的负压由原来的-57～-55 kPa控制到-71.8～-69.8 kPa,有效降低了机组排汽冷凝系统真空覆水器热负荷及运行压力。

103-JTC工作压力降低后,机组功耗降低,相同负荷下所使用新蒸汽量下降,从而使整个装置消耗的燃料气量也有了明显降低,见表1。

按照每小时可节约天然气1 023.2 kg计,折合1 432.48 m3,则日节约天然气34 379.52 m3。

2.2 针对润滑油系统倒泵困难和风险大的技术改造

101-J/JT和105-J/JT两台机组油系统完全相同,下面以101-J/JT为例进行介绍。

(1)改造措施

为了解决存在的问题,对101-J润滑油泵出口进行了改造,在油泵出口增加一个手动回流阀和一个带底阀的安全阀(图1中粗线部分),这样,在倒泵过程中通过现场调节备用泵的回流阀来调整油压,保证油压稳定。

(2)改造后效果

流程改造后,油泵正常运行时,关闭回流阀,通过出口自调阀自动调节油压,一旦出现异常需倒泵时,先启备用泵,出口阀全关,回流阀全开,缓慢开出口阀至全开,同时关回流阀,将油压提至1.3～1.4 MPa。稳定后,再将运行泵的回流阀缓慢打开,同时全关备用泵回流阀,缓慢关闭运行泵出口阀至全关,再停运行泵。按照新的操作规程进行操作,油压波动很小,达到了预期效果,未再出现因油压波动引起联锁跳车事件,解决了影响机组稳定运行的瓶颈问题。近年来停车情况见表2。

3 针对103-J/JT机组润滑油消耗量大的技术改造

3.1 流程简介

合成气压缩机(103-J)密封油回收系统采用高压缸103-J HFA/B和低压缸103-J LFA/B共四个污油收集器进行回收。2009年以前,这四个污油收集器回收的废油(主要含氢氮气、氨和少量的水)直接排入废油桶,造成了32#透平油的极大浪费。

3.2 改造措施

(1)2009年对这四个污油收集器回收的废油进行脱气处理后循环使用。

(2)针对脱气回油管路设置不合理的情况,进行改造,具体如下。

① 将脱气槽排油阀1后的管段(图2中加粗的管线,原来此管路使用软管与球阀4后的短接连接用以抽油)用1″不锈钢管与油箱循环过滤管线相连,焊接点在节油器入口。

② 摸索出位差排油法和循环排油法。一般情况下,在脱气槽对油脱完气后,直接利用位差排油,即打开阀1和阀3将脱气槽里的油排进油箱。平常保持阀1常开,待脱气槽对油脱完气后(一般油箱油位下降8～10,大约需要8 h),就打开阀3,利用位差法排入油箱。冬季易发生回油带水的时候,采用循环排油法操作。此时打开阀3和阀1,使脱气槽中的油注满连接管路,建立油路循环线路,然后启动节油器,将部分油箱中的油和经过脱气槽脱气后的部分净化油抽出,再经过油箱顶部的过滤器过滤后返回油箱循环使用。

(3)改造后效果

机组油路改造后,密封油通过脱气槽后循环使用,降低了废油的产生,因此大大降低了机组补油量,节约了润滑油,见表3。

4 总 结

关于合成氨安全评价方法的研究 篇10

合成氨不仅属于典型的中压化工生产技术, 其在生产的过程中无论是装置本身, 还是工艺介质都存在较高的危险性。除了严格按照生产要求进行规范操作之外, 必要的安全评价不仅能够减少事故发生率, 同时还可以进行有效的预防, 下面就合成氨中危险因素进行简单的分析。

二、合成氨的危险因素

合成氨生产存在的危险和有害因素有:火灾、锅炉爆炸、容器爆炸、触电、中毒和窒息、机械伤害、灼烫、淹溺、高处坠落、物体打击、车辆伤害、起重伤害、其他爆炸、其它伤害。其中火灾、锅炉爆炸、容器爆炸、触电、中毒和窒息、灼烫为主要危险和有害因素。

三、安全评价方法分类

随着我国安全管理的深入, 安全评价方法也得到了有效的完善, 目前典型的分类方法有按照量化程度不同、最终目的不同、推理过程不同和系统性质不同等四种, 其中量化程度的不同是根据最终的评价结果进行划分的, 具体分为定性和定量两种, 典型的定性安全评价方法包括危险可操作性研究、安全检查表、故障类型和影响分析、专家现场观察法、蒸汽云爆炸事故模拟评价与风险分析法、泄漏扩散事故模拟分析与风险法等, 而定量安全评价方法主要包括伤害范围评价法、概率风险评价法和危险指数评价法等。按照最终目的不同的分类主要包括危险性分级安全评价法、事故致因因素安全评价法和事故后果安全评价法等, 按照推理过程不同的分类包括归纳推理安全评价法和演绎推理安全评价法等两种。最后按照系统性质分类的安全评价方法包括人员失误率、设备故障率、系统危险性和物质系数评价法等四种。

四、合成氨的安全评价方法

通过上文可以明确的认识到安全评价的方法非常多, 结合对合成氨危险因素的分析, 下面就有针对性的进行适用方法的选择。首先就装置危险因素而言安全检查表和危险指数评价法可以分别从全面和准确两个角度进行评价, 其中安全检查表是指将安全检查过程中可能存在问题、需要检查的项目、最终检查的目的以及全部的检查对象进行详细的列举和编制。这样既可以保证检查部位的全方位覆盖, 又可以避免人为操作因素的失误或漏项, 当然在制定安全检查表时还应充分考虑操作的便捷性和定义的明确性。一般来讲安全检查表的内容应该包括检查者、检查日期、具体分类、检查要点、检查项目、检查情况和处理结果等七方面, 其中检查项目和要点可以以提问的方式进行列举, 方便评价人员进行分析, 而检查情况的表示可以通过符号“√”或“×”, 汉字“是”或“否”等确定。就具体的分项而言根据合成氨装置的组成主要包括高压合成装置、吸收塔和转化炉等设备的安全可靠性, 压缩工段、氨合成工段、存储系统、造气工段及净化系统的温度和压力报警装置、监控调节装置和连锁停车装置的灵敏性与可靠性, 防护与消防装置的完整性等方面。此外危险度指标评价法同样是针对装置及设备安全评价的方法, 不仅是对安全检查表准确性的弥补, 同时也是判断危险程度和采取安装对策的基础, 其评价的参数主要包括温度、容量、介质、压力和操作等五方面。

其次对于合成氨工艺单元危险因素的安全评价方法可以选择危险与可操作性研究, 其典型特点是可以详细的识别出工艺单元中每个“节点”的潜在危险, 所有操作步骤中的危险偏差及系统中已经存在的有害和危险因素等。其中对于操作危险偏差的判断主要是通过一系列的关键词和引导语句进行, 如工艺物料如何储存, 工艺中的危险物量可以减少吗, 哪些危险反应不希望发生等。通过这些关键词的引导不仅可以加深评价人员对于安全危险和隐患的认识, 同时还可以促进安全评价的全面性。

最后重大危险源和其他危险因素的安全评价可以通过危险性评级和故障树分析法来实现, 其中危险性分级一般可以分为四级, 除四级重大危险源有企业进行控制之外, 其他三级均由政府部门承担, 也就是分级的最终目的是便于政府对合成氨企业的重大危险源进行监督和控制。而对于其他危险因素的安全评价选取的故障树分析法, 典型特点是具有较强的逻辑性, 树状图的表示更是直观易懂, 在进行分层列出时可以根据事件安生概率的大小或可能产生的途径等来确定。此外故障树分析还可以分为定性和定量两种, 前者针对的是事故的发生规律和特点, 而后者针对的是事故的发生概率, 在应用的过程中应该进行合理的选择。

五、结语

通过上文对合成氨危险因素的分析, 不仅加深了对于安全评价必要性的认识, 同时也明确了想要更好的实现合成氨安全管理, 离不开对评价方法的慎重选择, 也只有在保证必要性、有效性和全面性的前提下, 才能使合成氨的生产事故率得到预防和减少。随着安全评价方法的不断改进以及人们安全防护意识的提高, 未来的合成氨生产安全性一定能够得到有效的改善。

参考文献

[1]董湘华.化工行业安全评价的实践与研究[J].安全生产与监督, 2012, (6) :48-49.

东南DNA合成 篇11

两年前，东南汽车三菱事业部成立时，日方曾表示，东南是三菱在中国最重要合作伙伴。三菱汽车本部当时的考虑是更直接地了解中国汽车市场状况，其资源能够更直接、更快捷地到达东南汽车，且更有针对性。

上个世纪80年代，三菱系较早进入中国市场的车企，但却被后来者远远甩在身后，算是失去先机。在中国市场的开拓上，东南确实是个不错的合作伙伴。

随着自主研发的东南菱悦V3，单月销量近万辆，这一成功，使得东南三菱成功走出产品薄弱的阴影，真正的实现了一次大翻身。三菱汽车也许也意识到，如果继续使用落后的车型应对中国市场，是很明显不符合如今自身的发展策略的。因此，全新的十代蓝瑟翼神国产了，当时东南汽车副总经理田边尚裕还很有紧迫感，“如果新蓝瑟不成功，我们都要回日本了!”单月销量突破4000辆的成绩，田边尚裕悬着的心终于可以落地。

不过，仅仅凭借于此，好像依旧难以摆脱目前东南三菱缺乏销量级车型的问题，所以“今后三菱汽车将每年导入一款新车型在东南进行生产。“东南汽车相关人士如是说。

“双品牌”挑战2012

过去的2009年，对于东南汽车是前所未有的速度，一方面是自主品牌的全面突破，车型不断丰富；另一方面是国际品牌加速引进世界同步车型的步伐，2009年累计产量同比增长122.7％，累计销量同比增长103.6％。

在北京车展上，东南汽车总经理简清隆一袭正装出席，是对未来中国汽车市场前景的信心，也是对东南汽车加速推进双品牌战略的决心，他如活动主题“超越激情”般做了发言： “在未来三年内，我们将以安全、科技、环保为产品导向，加快新车型的导入和产能提升，启动新能源发展战略，实现整车产销量突破30万辆的目标!”

看起来很儒雅的简清隆已经对未来充满畅想，随着市场销量的快速增长，一向低调的东南汽车也终于“不甘寂寞”，要以环保、科技、安全为产品导向，加快新车型的导入，要达到30万辆的目标，每年至少实现一款新车型上市，产品类型涵盖轿车、SUV和MPV，另外，产能提升以及新能源发展战略的启动。这一切都表明，东南汽车的双品牌战略已经走向了质变的发展道路。

在东南汽车的展台，继V3菱悦风采版与旗舰升级版之后，全新上市的V3菱悦CVT再次让众多年轻消费者眼前一亮，它不仅领先搭载了新一代6速手自一体智能CVT无级变速器和三菱4A91 1.5L M1VEC发动机，更增加了炮筒式仪表盘、七辐运动式铝圈、倒车CCD影像监视系统等科技配备。同时，还搭配主要运用于中高级轿车的定速巡航系统，使其成为同级别中惟一搭载该配备的车型。面对7.79万元的起步价，有购车者认为，整车性价比甚高。

除了乘用车市场的大展身手，东南汽车在商用车市场也加快了新品上市进程，计划于今年下半年针对二、三级市场推出微客东南Cl。

从V3菱悦到微客C1，从乘用车市场到商用车市场，东南汽车正在新产品研发的道路上大步向前，打造一个高性价比的自主品牌全阵营。

按照目前一季度已实现的3.5万辆销量成绩，预计东南汽车2010年全将实现超过13万辆的销售目标。

兼顾纯电和混动

作为汽车行业未来的发展趋势，新能源无疑成为了此次北京国际车展乃至今年汽车产业最为热门的话题，而国家也对新能源汽车给予了足够的重视，多项新能源扶持政策即将密集出台。作为东南汽车新能源战略的突破性成果——国内首款全电力驱动轻客得利卡电动车以及搭载Plug-in HEV ENG混合动力系统的五门快背式(Fastback)概念车V4的亮相，无疑凸显了东南汽车对汽车行业未来发展方向的准确把握以及极具前瞻性的战略目光。

据了解，为了加速新能源战略的推进，东南汽车广泛吸纳各种资源，以专和精的创新机制吸引高端人才，成立了新能源研发部门，并与全球新能源研发机构共同组建了核心领域的攻坚小组，以产业化为目标加快新能源产品的研发进程，取得了突破性的成果。

以得利卡电动车为例，它是东南汽车与全球知名的新能源研发机构美国AEV公司共同开发的最新成果。不仅是国内首台纯电力轻客，而且在充电模式方面实现了全新突破，可以直接利用任何普通的电源进行充电，百公里耗电仅16度，费用差不多在10元人民币左右，仅为汽油车的15％；而且噪声小，零排放，真正做到了节能环保，为消费者省心、省力又省钱，更可实现充满电后长达150公里的超长驾驶里程。

另一款最新研发的新能源轿车五门快背式概念车V4。V4秉承“科技便利与驾乘乐趣融于一身”的开发理念，搭载节油、环保型、可外接电源的充电混合动力系统，以更纯净的动力实现更高效的驱动，可有效降低使用成本。

简清隆说，新能源不仅是全球汽车业发展的趋势，同时也是社会公民的责任，东南汽车顺应“低碳环保”的市场潮流，已经提前启动新能源发展战略。

但是，对于这些新能源车型的上市时间，东南汽车相关负责人表示，由于还在研发中，具体时间尚未确定。

合成氨尾气的综合回收利用总结 篇12

我公司合成氨生产是以天然气为原料, 现有新老两套生产装置。新老系统分别始建于1989年和1973年, 液氨生产能力分别为46.5kt/a和50kt/a。为满足联碱500kt/a能力的氨需求, 合成氨厂于2003年和2007年, 分别对新老套系统的转化工序实施“并联换热式转化工艺”为主线的扩能改造, 改造后使两套生产装置总能力扩大到160kt/a (其中新系统90kt/a, 老系统70kt/a) 。扩能改造使生产装置取得产能大幅度提升、消耗大幅度下降双重功效。随着生产装置能力的大幅度提升, 合成氨生产过程中尾气的综合回收利用, 得到了高度关注, 其回收利用方式方法也逐步并得到完善, 运行好这些尾气回收流程, 对降低生产消耗和环境保护都是非常有利的。

2 我厂生产工艺流程简述

来自公司配气站的天然气首先经稀氨水脱硫, 再由联合压缩机加压到2.5MPa, 经铁锰和氧化锌脱硫剂脱除硫, 确保原料天然气中的总硫<0.5mg/m3 (标) 然后按55∶45的比例分别进入厢式一段转化炉和换热式一段转化炉进行转化反应, 然后一起进入二段转化炉。在二段炉配入适量的空气, 使一段转化后约10%的CH4, 进一步转化得到CH4≤0.8%的粗原料气。二段高温转化气经过换热式一段转化炉的壳程, 为换热炉发生天然气转化提供热量, 再经废热锅炉回收热量后, 进入中低温变换炉进行一氧化碳的变换反应, 使一氧化碳降至0.5%以下, 然后送入CO2吸收塔脱除二氧化碳, 副产品二氧化碳送联碱厂作原料, 碱洗气则进入甲烷化炉除去残余的CO和CO2。获得H2/N2≈3, CH4+Ar≤1.3%, CO+CO2≤10×10-6的原料气, 经氢氮气压缩机加压至32MPa后, 送入IIIJ-99型和YD型的氨合成系统合成液氨, 液氨经氨库计量, 液氨再返回到合成岗位的氨蒸发器, 得到的气氨送联碱使用, 其流程图见图1所示。

3 合成氨尾气的类型

我厂氨合成采用IIIJ-99和YD型两种生产工艺, 合成氨生产过程的尾气主要是指在液氨生产过程中排放出的含氨和氢的气体。主要是吹除气和驰放气两种。

我厂是以天然气为原料生产氨, 在原料气的最终净化过程中, 采用甲烷化法, 而甲烷化法脱除微量的CO和CO2又会得到甲烷, 随新鲜氢氮气进入氨合成生产过程中的甲烷和氩, 因其不参与反应, 在氨合成的循环过程中不断累积, 为保持这些惰性气体CH4、Ar的相对平衡, 都需要从氨合成生产系统中连续排放出部分气体, 这部分气体称为合成吹除气, 吹除气体中的氨和氢都通过普里森回收装置予以回收。吹除气位置设在惰性气体含量最高、氨含量较低的部位, 以减少氨损失和原料气消耗, 我厂合成工序吹除气的位置在氨分离器和循环机之间。我厂两合成系统吹除气总量为3 000~3 500m3/h。全年累计排放吹除气量达到2 350~2 750万m3。

驰放气主要来自氨库系统, 它从合成工序来, 高压下溶解于液氨中的氢氮气和甲烷、氩等惰性气体, 随冷凝塔和氨分离器的液氨排放, 在减压后从液氨中解析 (驰放) 出来的气体, 包含液氨中间罐和液氨贮罐中解析出来的含氨气体。

这两种尾气主要含有氢、甲烷、氮、氩、氨等气体, 合成吹除气含氢浓度相对较高, 而氨含量较少;氨库来的驰放气含氨浓度相对较高, 而氢气含量较少。两种尾气的组成见表1。

从表1数据可以看出, 合成氨尾气中的氨和氢气浓度占据了三分之二, 它是一种优质资源。特别合成吹除气的氢气含量最高, 每回收1 000m3氢气相当于300m3的天然气制得的新鲜气, 因此, 根据合成吹除气中氢气含量高, 重点进行氢得回收利用;而中间罐和液氨贮罐驰放气的氨含量较高, 就重点进行氨的回收利用。所以针对两种尾气的不同特点, 我们采用不同方法回收氢气和氨的回收利用。

4 合成氨尾气的原始处理

将新老氨合成系统的吹除气和液氨中间罐及贮罐的驰放气, 降压汇合在一起, 进入氨库尾气吸氨塔, 采用脱盐水吸收尾气中的氨, 洗涤后的尾气再用于转化工序作燃料燃烧。这样, 只有尾气中的氨得到一定的回收利用。但是尾气中的氨由于吸收压力低, 导致尾气中的氨之吸收不完全, 使尾气中氨含量经常高达5%~7%, 将这部分氨直接送至转化工序作为燃料燃烧不仅浪费了产品氨资源, 而且还会因生成NOx造成新的环境污染;同时, 该方法回收氨所得到的氨水浓度很低, 尽管我们进行了氨水循环提浓, 其浓度基本上也在6%~12%。这些稀氨水除我厂脱硫系统使用部分外, 其余均由公司联碱厂氮液蒸馏塔回收稀氨水中的氨, 造成额外的蒸汽消耗, 引起整个运行成本的升高, 尾气吸氨流程见图2所示。另外尾气中的氢气, 特别是氨合成系统为维持惰性气体平衡而直接排出吹除气 (高浓度氢) , 通过水洗后作为燃料, 利用价值非常低。

5 合成氨尾气回收利用的新工艺及特点

5.1 氨合成系统吹除气中的氢和氨回收利用———普里森

目前, 用于回收氢气的方法有中空纤维膜分离法、变压吸附分离器法和深冷分离法。我公司合成氨于2001年8月采用了美国柏美亚公司的氢回收装置————普里森中空纤维膜分离技术, 它具有良好的选择性渗透特性。它充分利用各种气体分子的渗透速率不同, 来实现不同气体的分离与回收。由于氨对普里森膜具有很大的危害 (中空纤维丝暴露在200cm3/m3以上氨的气氛中会失效) , 所以合成吹除气在进入膜分离之前, 利用高压水洗涤先除去。吹除气中的氢气、氮气、甲烷、氩气的渗透速率, 按从大到小排序为氢气、氩气、甲烷、氮气, 所以氢气率先渗透出来, 该装置氢回收率高达95%, 氢气纯度达到90%以上。合成吹除气的组成见表1。

通过普里森膜分离得到的氢, 返回到氢氮气压缩机高压机入口, 加压再返回合成系统继续反应生成氨, 同时得到的稀氨水送入氨库稀氨水罐贮存。这样不但可以改善环境, 而且也让有效气体得到高效利用。该装置投运后, 导致吨氨天然气消耗下降10~15m3, 年节约天然气价值130万元, 年增产液氨4 500t。

普里森回收装置生产流程:合成吹除气压力由20~28MPa降到10MPa左右进入高压吸氨塔, 吹除气与高压水泵送来的冷脱盐水逆流接触洗去气相中的氨, 使出塔气体中气相的氨浓度降至≤5×10-6;经分离器后, 再经蒸汽间接加热至高于饱和温度10~15℃, 保证气相中无液态水后, 方可进入普里森膜。在压力差作用下将气体分离成渗透气和非渗透气两部分:渗透气 (即产品氢) 的压力约1.6MPa, 送往高压机入口加压送合成继续生产氨。非渗透气的压力约2.0MPa, 降低压力后送两个转化工序做燃料;非渗透气一侧新增一路 (或) 减压到无动力氨回收做动力气。

普里森氢回收装置既能回收合成吹除气中的氨, 又能回收得到高浓度的氢, 一举两得, 只不过回收得到的稀氨水浓度不高, 一般送氨库进行尾气吸氨塔循环提浓。其工艺流程如图3所示。

5.2 液氨中间罐和贮罐尾气中氨的回收利用———无动力氨

合成气体则会在高压下溶解在液氨中, 随液氨分离系统离开合成工序, 在减压后从液氨中间罐和贮罐中解析出来, 该驰放气中含有氢、甲烷、氮、氩、氨等气体。主要靠无动力氨回收技术来实现回收驰放气中的氨。该技术工作原理是根据氨合成驰放气中各组分间沸点的差异 (见表2) 而实现氨的分离和回收的。

从上表中可以看出氨的沸点最高-33.4℃, 且与其它气体的沸点相差很远, 通过深冷的方法使沸点高的氨首先冷凝变为液体, 液氨从混合气体中分离出来, 得到气氨或液氨产品。系统的冷量由普里森氢回收装置来的非渗透气、驰放气膨胀制冷以及分离出来的液氨减压蒸发制冷两部分组成。无动力氨回收驰放气中氨的方法, 不仅可以提高氨回收率, 增加氨产量、降低消耗, 使尾气中的氨含量降低到2%以内, 而且运行成本大为降低。我公司无动力氨回收装置于2008年5月投入生产运行。

无动力氨回收装置生产流程:

(1) 气体轴承透平膨胀机的轴承气流程:普里森来的非渗透气经过减压阀和轴承气过滤器后压力稳定在0.5~0.7MPa, 进入膨胀机形成气膜“润滑”膨胀机轴承, 然后与制动气汇合去尾气燃烧。

(2) 非渗透气和分氨尾气的膨胀制冷:首先是普里森来的非渗透气经过硅胶干燥后, 进一级热交换器预冷, 然后去1#、2#膨胀机组膨胀制冷;其次是驰放气分离液氨后的尾气 (称为 “分氨尾气”) 回收冷量后再通过3#、4#膨胀机组 (只作通道用) , 这两股膨胀制冷后的低温气体汇合后进入二级热交换器和一级热交换器提供冷量, 然后再去膨胀机做制动气, 最后变为低压尾气送新老转化岗位燃烧。

(3) 驰放气中氨的冷凝:液氨中间罐和液氨储罐的弛放气汇合后进入油水分离器, 再进入一级热交换器和二级热交换器逐级冷却, 温度逐渐降低, 此时驰放气中的气氨冷凝为液氨, 液氨分别在一级气液分离器和二级气液分离器中分离, 分离液氨后的分氨尾气进入3#、4#膨胀机组;二级分离出的液氨减压节流返回二级热交换器, 并与一级分离出的液氨减压后汇合, 进入一级热交换器进行蒸发, 变为低压气氨, 低压气氨回收冷量后出换热器组, 低压气氨送入气氨管内。其生产工艺流程图如图4所示。

无动力氨回收装置运行后能够回收尾气中的氨, 年回收量在1 650t以上, 价值达500万元 (氨市场价格按照0.3万元/t计) , 除硅胶干燥器再生蒸汽消耗外, 没有其它消耗, 故节能降耗明显。

我厂合成尾气基本上采用普里森膜分离和无动力氨回收这两种方法, 同时仍保留尾气水洗除氨法, 而水洗法在普里森膜和无动力氨故障或检修时运行。这样使尾气中的氨、氢气各自得到有效的回收利用, 从而降低生产运行成本。

6 合成氨尾气回收利用存在问题及对策

6.1 无动力氨回收装置存在问题及解决措施:

无动力氨回收系统的膨胀机在实际运行过程中容易出现冰堵, 导致该回收装置运行周期较短, 即装置连续稳定运行性低。经查造成膨胀机冰堵的原因是进入膨胀机的非渗透气体水分含量过高 (700×10-6) 所致, 这是影响无动力氨回收装置长周期稳定运行的关键。为了进一步降低非渗透气水分, 于2010年10月新增非渗透气硅胶干燥器, 使非渗透气通过干燥后才能进入无动力氨回收装置。但是硅胶干燥器再生困难, 于2012年5月, 增设硅胶蒸汽加热器, 提高硅胶再生效率, 并按照定期进行再生的方式, 提高硅胶干燥器的效率, 以确保解决膨胀机入口水分问题, 减少发生冰堵的可能性, 延长装置运行周期。同时, 新购两台膨胀机, 可以解决1、2#膨胀机外送故障消除期间装置的正常运行, 大大提高装置运行周期。

6.2 普里森氢回收率有待提升

随着我厂160kt/a生产能力的形成, 合成吹除气量明显增加, 这样普里森高压洗氨塔的能力就不足;加之普里森氢回收装置中的4 寸膜, 在2004年7月损坏后, 一直单独使用8 寸膜, 随着负荷的增加, 吹除气量进一步增大, 单独使用这根已损坏的8寸膜不能保证回收氢量, 将导致合成压力的上涨, 消耗增加, 于2011年10月完成8寸膜的更新工作, 4寸膜有待更新。

6.3 稀氨水浓度提升

普里森高压洗氨塔和尾气吸氨塔回收得到的氨水浓度都比较低, 特别是普里森吸氨塔最低, 若将这部分直接送公司联碱厂淡液蒸馏塔回收氨, 蒸汽消耗大幅度上升。因此, 在合成氨厂实施稀氨水在氨库尾气吸氨塔内循环提浓, 有利于降低稀氨水回收的脱盐水消耗和氨回收的蒸汽消耗。

7 结束语

合成氨尾气采用普里森膜氢回收装置和无动力氨回收装置, 使得尾气价值得到充分利用, 二者工艺流程简单, 操作灵活, 设备少, 占地小, 运转设备少, 便于维护。而且这两套回收装置, 临时故障根本不影响合成氨大系统的稳定运行。

自从普里森膜氢回收装置投用以来, 合成吹除气由原来的间歇排放改为连续排放, 使合成压力得以降低, 改善了合成工况, 对合成系统的长期高负荷稳定、经济运行起到积极作用。特别是合成系统遇到停车卸压 (在10MPa以上时) , 我们都是通过普里森膜氢回收装置来实施的, 这样, 大大减少了采用塔后放空对环境的影响。无动力氨回收不仅提高尾气中氨回收效率, 降低蒸氨回收成本, 而且大大降低尾气中的氨含量。总之, 实施上述一系列的合成氨尾气回收措施后, 我厂合成氨尾气综合利用取得了显著效果, 既能提高氨产量, 又能有效降低合成氨生产成本, 同时也减少了尾气燃烧后排入大气带来的污染 (NOx) , 经济效益和社会效益实现了“双丰收”。

摘要：合成氨装置尾气的综合回收利用既能达到增产降耗、提高经济效益的目的, 又能有利于环境保护, 即变废为宝。对合成氨尾气的综合回收利用的研究具有十分重要的意义。